CMCバインダーの電池への応用

CMC製品は水系負極材料の主バインダーとして国内外の電池メーカーに広く使用されています。最適な量のバインダーを使用すると、比較的大きな電池容量、長いサイクル寿命、および比較的低い内部抵抗を得ることができます。

バインダーはリチウムイオン電池の重要な補助機能材料の一つです。これは電極全体の機械的特性の主な源であり、電極の製造プロセスと電池の電気化学的性能に重要な影響を与えます。バインダー自体には容量がなく、バッテリー内で占める割合はごくわずかです。

一般的なバインダーの接着特性に加えて、リチウムイオン電池電極バインダー材料は、電解液の膨潤や腐食に耐えられるだけでなく、充放電中の電気化学的腐食にも耐えられる必要があります。動作電圧範囲内で安定しているため、リチウムイオン電池の電極バインダーとして使用できるポリマー材料は多くありません。

現在広く使用されているリチウムイオン電池バインダーには、ポリフッ化ビニリデン (PVDF)、スチレンブタジエンゴム (SBR) エマルジョン、カルボキシメチルセルロース (CMC) の 3 種類があります。このほか、ポリアクリル酸（PAA）、ポリアクリロニトリル（PAN）、ポリアクリレートを主成分とした水系バインダーも一定の市場を占めています。

バッテリーレベルCMCの4つの特徴

カルボキシメチルセルロースの酸構造は水への溶解度が低いため、それをより適切に応用するために、CMC は電池製造に非常に広く使用されている材料です。

CMC製品は水系負極材料の主バインダーとして国内外の電池メーカーに広く使用されています。最適な量のバインダーを使用すると、比較的大きな電池容量、長いサイクル寿命、および比較的低い内部抵抗を得ることができます。

CMC の 4 つの特徴は次のとおりです。

まず、CMC は製品を親水性かつ可溶性にし、遊離繊維や不純物を含まずに完全に水に溶けるようにすることができます。

2つ目は置換度が均一で粘度が安定しているため、安定した粘度と接着力が得られます。

第三に、金属イオン含有量の少ない高純度の製品を生産します。

第四に、この製品はSBRラテックスおよび他の材料との良好な適合性を持っています。

バッテリーに使用されているCMCナトリウムカルボキシメチルセルロースは、その使用効果が定性的に向上しており、同時に現在の使用効果で優れた使用性能を提供します。

電池におけるCMCの役割

CMCはセルロースのカルボキシメチル化誘導体であり、通常、天然セルロースを苛性アルカリおよびモノクロロ酢酸と反応させることによって調製され、その分子量は数千から数百万の範囲にあります。

CMCは白色から淡黄色の粉末、粒状、繊維状の物質で、吸湿性が強く、水に溶けやすい性質があります。中性またはアルカリ性の場合、溶液は粘度の高い液体になります。 80℃以上で長時間加熱すると粘度が低下し、水に溶けなくなります。 190～205℃に加熱すると褐色に変化し、235～248℃に加熱すると炭化します。

CMCは水溶液中での増粘、結合、保水、乳化、懸濁などの機能があるため、陶磁器、食品、化粧品、印刷・染色、製紙、繊維、塗料、接着剤、医療などの分野で広く使用されています。セラミックスやリチウム電池の最終分野は約7%を占め、一般に「工業用グルタミン酸ナトリウム」として知られています。

具体的にはCMCバッテリー内でCMCの役割は、負極活物質と導電剤を分散させること。負極スラリーの増粘効果と沈降防止効果。結合を助ける。電極の加工性能を安定させ、バッテリーサイクル性能の向上に貢献します。ポールピースの剥離強度向上など。

CMCの性能と選択

電極スラリーを作成するときに CMC を添加すると、スラリーの粘度が増加し、スラリーの沈降を防ぐことができます。 CMCは水溶液中でナトリウムイオンや陰イオンを分解し、温度が上昇すると粘度が低下するため、水分を吸収しやすく、弾力性に乏しくなります。

CMC は、負極グラファイトの分散において非常に優れた役割を果たします。 CMCの量が増加すると、その分解生成物が黒鉛粒子の表面に付着し、黒鉛粒子同士が静電気力により反発し、良好な分散効果が得られます。

CMC の明らかな欠点は、CMC が比較的脆いことです。すべての CMC をバインダーとして使用すると、磁極片のプレスおよび切断プロセス中にグラファイト負極が崩壊し、重大な粉末損失が発生します。同時に、CMCは電極材料の比率やpH値に大き​​く影響され、充放電中に電極シートに亀裂が入る可能性があり、電池の安全性に直接影響します。

当初、負極の撹拌に使用されるバインダーはPVDFなどの油性バインダーが使用されていましたが、環境保護などの観点から負極には水系バインダーが主流になりました。

完全なバインダーは存在しません。物理的処理および電気化学的要件を満たすバインダーを選択するようにしてください。リチウム電池技術の発展、およびコストと環境保護の問題により、最終的には水ベースのバインダーが油ベースのバインダーに取って代わられるでしょう。

CMCの2大製造プロセス

異なるエーテル化媒体に応じて、CMC の工業生産は水ベースの方法と溶剤ベースの方法の 2 つのカテゴリーに分類できます。水を反応媒体とする方法を水媒体法といい、アルカリ性媒体や低品位CMCの製造に用いられます。反応媒体として有機溶媒を使用する方法は溶媒法と呼ばれ、中高級CMCの製造に適しています。これら 2 つの反応はニーダー内で行われます。ニーダーは混練工程に属し、現在 CMC を製造する主な方法です。

水媒体法：初期の工業生産プロセスであり、遊離アルカリと水の条件下でアルカリセルロースとエーテル化剤を反応させる方法で、洗剤や繊維サイズ剤などの中・低級CMC製品の製造に使用されます。 。水媒体法の利点は、設備要件が比較的単純であり、コストが低いことです。欠点は、大量の液体媒体が不足するため、反応によって発生する熱により温度が上昇し、副反応の速度が速まり、その結果、エーテル化効率が低くなり、製品の品質が低下することです。

溶媒法。有機溶剤法とも呼ばれ、反応希釈剤の量により混練法とスラリー法に分けられます。有機溶媒を反応媒体（希釈剤）としてアルカリ化反応とエーテル化反応を行うのが大きな特徴です。溶媒法も水法と同様にアルカリ化とエーテル化の２段階からなりますが、この２段階の反応媒体が異なります。溶剤法の利点は、水法に特有のアルカリ浸漬、プレス、粉砕、熟成の工程が省略され、アルカリ化とエーテル化がすべて混練機内で行われるため、欠点は、温度制御性が比較的悪く、必要なスペースが比較的狭いことです。 、コストが高くなります。